1、铁路客运专线路基设计施工关键技术1铁路客运专线路基工程 .2第一章 国内外高速铁路路基发展现状 .2第一节 路基工程技术特点 .2第二节 .国外高速铁路路基结构 .4第三节 .我国客运专线的发展 .6第四节 .客运专线暂规的主要变化 .6第二章 铁路客运专线路基基床结构设计 .8第一节 动力测试试验结果 .8第二节 基床设计方法 .12笫三章 客运专线工后沉降控制 .14第一节 工后沉降控制的意义 .14第二节 观测仪器比选 .15第三节 沉降测试方法 .17第四节 观测数据处理及工后沉降预测 .22第五节 沉降控制动态设计 .23第四章 客运专线路基施工工艺 .25第一节 路基构造 .25第
2、二节 路基填筑工艺试验 .25第三节 路基填筑施工工艺流程及技术要点 .32第五章 客运专线路基加固 .39第一节 硬化层技术 .39第二节 复合土工膜隔水技术 .39一、铺设目的 .39二、施工工艺 .391、路基面检测及整平 .392、铺设底层砂垫层 .403、铺设二布一膜 .404、摊铺上层砂垫层 .41第三节 土工格栅地基补强 .44第四节 固土网垫边坡防护 .44第六章 客运专线地基加固 .46第一节 地基条件 .46第二节 地基处理 .46第三节 地基处理方法 .46第七章 客运专线桥涵过渡段 .51第一节 概述 .51第二节 过渡段形式 .52第三节 级配碎石过渡段填筑工艺 .5
3、3铁路客运专线路基设计施工关键技术2铁路客运专线路基工程第一章 国内外高速铁路路基发展现状第一节 路基工程技术特点高速铁路要达到高速、舒适、安全运送旅客的目标，必须确保轨道结构几何尺寸的高度平顺和稳定，而这依赖于给轨道结构提供一个坚固、耐久、稳定的路基，见图 1-1 路堤,图 1-2 路堑。具体要求是：1）基床的强度高、刚度大；2）地基沉降很小或没有沉降。3）路基刚度纵向平顺变化；4)良好的耐久性。以上几点要求，目前的普通铁路路基是不能满足的。而高速铁路必须在路基结构、路基材料及路基施工工艺等方面采取一系列与普通路基不同的技术标准才图 1-1 标准双线路堤断面图 1-2 标准路堑横断面铁路客运
4、专线路基设计施工关键技术3能实现。因此，高速铁路对路基的高标准要求，给铁路的设计、施工和养护提出了新的挑战。必须将路基作为结构物对待，用全新的观念来设计、施工这种高标准土工结构物。一、强度高、刚度大的基床结构在列车运营时，路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反复作用。同时，由于路基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。路基工程必须在这些条件的长期作用下，其强度不会降低，弹性不会改变，变形不会加大。真正做到长寿命，少维修。只有这样，才能高速行车，减少维修费用，并增加运行的安全性。客运专线将路基作为一土工结构物来进行设计与施工，对填
5、筑材料、压实标准、变形控制、检测要求等较现行铁路有很大提高，同时强化了基床结构，特别是基床表层。基床表层是路基直接承受列车动荷载的组成部分，也是路基中的最重要部分。基床表层不但给轨道提供了一个坚实的基础，同时也对其下的土路基提供保护，因此基床表层必须有足够的强度和刚度，同时还要有较好的稳定性和耐久性。作为基床表层的材料，需要有较好的力学性能，充分压实后要能在长期动力作用下保持稳定，并有很好的水稳定性和较小的渗透性。二、严格控制地基的沉降变形高速行车需要高度平顺和稳定的轨下基础，控制变形是客运专线路基设计的关键。在高速行车情况下，路基因重复荷载作用所产生的累积沉降和不均匀下沉所造成的轨道不平顺将
6、严重影响列车运行速度和舒适度，并增加线路养护工作量。由于受调整能力的限制，无碴轨道对路基沉降尤其是不均匀沉降的要求更为严格。工后沉降或不均匀沉降过大是导致路基铺设无碴轨道失败的主要原因，而地基的不确定性是潜在的风险。三、在轨下基础刚度变化处设置过渡段铁路客运专线路基设计施工关键技术4铁路线路由不同特点的结构物（桥、隧、路基等）和轨道结构构成，这些结构在强度、刚度、变形等方面都有很大的差异，因此在路桥、路涵、路堤与路堑等相连地段，纵向轨下基础刚度的变化必然影响路基轨道车辆系统刚度的均匀性，导致高速铁路系统振动的加剧，也加大了对轨下基础的动力作用，影响高速行车的平稳和安全。路基与桥（涵）连接处一直
7、是铁路路基的一个薄弱环节。一方面路基与桥梁刚度差别较大而引起轨道刚度的突变，另一方面由于路基与桥台的沉降差而导致轨面不平顺。在路堤与桥（涵）间设置一定长度的过渡段，以控制轨道刚度的逐渐变化，并最大限度地减少由于路基与桥涵的沉降不均匀而引起的轨道不平顺，保证列车高速、安全、舒适运行。 四、基床表层设置强化层或排水层。加强基床排水，保证基床的在列车动载作用下的长期稳定性。第二节 .国外高速铁路路基结构国外发展高速铁路的国家都制定了较高的路基技术标准和严格的施工工艺，其特点如下：一、强化路基基床：包括路堤、路堑及不填不挖地段，特别是对基床表层的填料和强度有严格要求。如日本在新干线上设置了强化基床表层
8、，采用级配矿碴层或增设沥青混凝土表层等，并用直径为 30cm 的平板荷载试验求出的地基系数 K30 控制压实效果；法国在制定 TGV 线路技术条件前曾对全国既有铁路的路基进行了详细、全面的调查，发现轨枕下道床加垫层的厚度对防止路基病害的产生有重要作用。当总厚度超过 60cm 时，线路良好，基床病害的发生图 1-3 德国高速铁路路基标准横断面铁路客运专线路基设计施工关键技术5概率很小。德国高速铁路在路基（见图 1-3）表面设置保护层（PPS 层） ，厚2030cm，保护层下设一层防冻层。两层厚 70cm，基床厚度为 2.0m。PPS 层具有抗渗性，渗透系数应小于 10-6m/s，除此还具有抗冻性
9、，具有高承载力和良好的夯实性。可以说，各个国家都根据本国的情况进行研究，采用不同的结构形式和强度标准对路基基床进行强化，根据土质、承载能力、防冻要求、线路等级、运输荷载条件（轴重、运量、速度）以及线路上部结构的条件设计路基基床结构。二、严格控制路基填筑标准：包括对路基填料的分类、填筑压实标准和检测方法等，并开发了一系列的检测设备和施工机械。各个国家根据本国的特点对路基填料进行了详细的划分，并对每类填料的力学性能进行试验研究，从而确定它的适用范围。对路基填土质量标准，多数采用物理和力学性能双指标控制。如日本采用 K30 标准和压实系数 K 控制填筑质量；德国采用 Ev2 和压实系数 K 控制压实
10、质量，并研发了可随时监控压实系数的碾压机械。日本、法国分别提出用贯入仪及落球回弹法等快速检验法。三、沉降控制。各国在高速铁路建设过程中，对线路容易发生不平顺的部位特别加以重视，从结构设计到施工组织，从工期安排到质量检测等方面都采取了措施，严格控制轨道的刚度变化和由于沉降、不均匀沉降引起的轨道下沉和轨面弯折，以达到线路的平顺性，保证列车高速运行的安全和稳定。为了控制路基不发生过大的下沉，对路堤填土的地基条件提出了新的要求。为了调整接近桥台时路堤的刚度，对桥头路堤规定了更高的标准。国外路基施工以时间换沉降。四、加强路基的防排水措施，加强边坡和灾害的防护。要求防护工程与主体工程同时完成，增加路基的坚
11、固和稳定性，避免运营期间发生病害。日本在基床表层设置 5cm 的沥青混凝土层，就是防止雨水渗入路基土层，从而引起路基病害。德国和法国分别在基床表层中设置了隔水层，也是防止雨水下渗，保护路基。重要启示：在基床表面设置防水设施是十分必要的。国外高速铁路发展已经做过了漫长的道路，走过了很多弯路，积累了一些成熟的经验值得借鉴。强铁路客运专线路基设计施工关键技术6化基床表层防水是各国高速铁路的共同特点，只是采用的方式不一样。有的是路基面硬化层，兼有防水效果，如日本；有的是直接设置隔水层，如德国和法国。我国的客运专线如果不采用路基面排水措施，运营期间可能会出现路基病害，如冻胀，基床表层软化等等。其主要原因
12、是，运营期间，实践证明级配碎石表层不能完全隔水。因此，设置排水措施非常必要，例如设置沥青混凝土硬化层、放置复合土工膜隔水层或采用整体道床。第三节 .我国客运专线的发展我国在九十年代的“八五” 、 “九五”时期，就对高速铁路展开了大规模研究。最初的客运专线铁路路基的技术标准，是在上述研究成果的基础上，吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验；在设计过程中借鉴、消化、吸收了国外铁路设计新方法和新标准；结合秦沈线的实际情况，并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。秦沈客运专线路基工程进行了大量的现场试验测试，取得了许多宝贵的第一手资料，也取得了一些经验和教训。通过秦沈客运专线的工程实践，铁路技
13、术人员对路基工程有了新的认识，路基工程的设计和施工达到了新的水平和标准。在此基础上，形成了现行的客运专线路基工程技术标准。第四节 .客运专线暂规的主要变化一、填料路基基床表层采用级配碎石，增加了其强度和刚度；增设了沥青混凝土强化层，以加强防水和防冻。基床表层应考虑防排水层。路基基床由表层和底层组成,表层厚度应为 0.7m；底层厚度应为 2.3m，总厚度为 3.0m。其中，基床表层由510cm 厚的沥青混凝土和 6560cm 厚的级配碎石或级配砂砾石组成。规定高速铁路路基应优先选用 A、B 组填料和 C 组块石、碎石、砾石类填料，当选用 C 组细粒土填料时，应根据土源性质进行改良；二、过渡段路桥
14、、路涵过渡段采用纵向正梯形断面形式，取消加筋土过渡段的结构形式，补充了所有路涵均需设置过渡段的规定，并按节单独编制；三、工后沉降铁路客运专线路基设计施工关键技术7利用工后沉降对路基变形提出严格控制。对路基工后沉降控制标准及其地基条件结合国际咨询意见进行了修改；现标准 原标准 秦沈线一般地段(cm) 5 10 15过渡段(cm) 3 5 10沉降速率(cm/年) 2 3 5四、监测手段对路基基床表层和过渡段填料补充了 Evd 检测标准；级配碎石基床表层：压实标准填料厚度（m）地基系数K30（MPa/m）动态变形模量Evd（MPa）孔隙率 n备注级配碎石0.7 190 55 18% 路堤级配碎石0
15、.55 190 55 18%中粗砂 0.15 130 45 当为软质岩、强风化的硬质岩及土质路堑时级配砂砾石 Evd50（MPa） ；过渡段 Evd50（MPa）铁路客运专线路基设计施工关键技术8第二章 铁路客运专线路基基床结构设计基床是路基承受列车动荷载和自然力最大的部位，因此基床设计主要考虑列车荷载隔水防渗条件。第一节 动力测试试验结果在“八五” 、 “九五”期间，我国铁路的科研、设计、施工等部门在参考国外高速铁路设计、施工资料的基础上，结合我国过去已取得的研究成果和经验，对高速铁路路基荷载条件、基床表层的受力特点、基床表层材料的动力特性和基床底层厚度、材质、防渗特性和质量控制标准等多方面
16、进行了较为系统和深入的研究，并提出了相应的建议。其中不少建议已被京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定和时速 200 公里新建铁路线桥隧站设计暂行规定所采纳。但是，对于所提出的标准是否切合实际、建成后路基能否保证其上部轨道结构的稳定与平顺，保证行车安全与乘车舒适度，基床表层是否具备长期的动力稳定性和水稳定性，以及厚度和结构是否合理等一系列问题迫切需要通过实践检验。秦沈客运专线综合试验为此提供了极好的条件。通过多次行车动载试验测试，针对不同厚度的基床表层，研究不同机车车辆和行车速度条件下作用在路基面上的动应力和路基产生的动力响应，检验路基的状态，为路基的设计、评价及理论分析提供验证资料，为进一步完善路
17、基设计积累数据。动测试验成果表明：实测的路基最大动应力低于暂规中提出的设计参考值。表 1 是两次行车试验实测的路基面动应力汇总。经过对所有测试结果的统计，路基面动应力最大值为 84kPa，小于暂规提出的基床表层设计值 93kPa。实测结果也说明，动应力实测值的离散性是很大的，部分传感器测得的路基面动应力只有几个kPa。而且由于本次动应力传感器大部分埋设是在铺轨前进行，在埋设的平面位置、离轨枕底面距离方面，都会与预定的理想位置存在着一定的偏差。所以实测值偏小是必然的。考虑到上述因素，可以认为暂规中提出的设计值还是比较合理的。图 4 表明动应力与轴重关系最为密切，正比关系。路基面动变形测试结果见表
18、2。国缺少实测数据。 暂规要求动变形小于3.5mm。本次实测表明，路基面的动变形均在lmm 以内，远小于3.5mm。因此，铁路客运专线路基设计施工关键技术9铁路客运专线路基设计施工关键技术10表 1 路基动应力(kPa)DK274+800 断面DK274+920 断面 DK275+000 断面序号 工况 土压力盒埋设位置 车头 车尾 车头 车尾 车头 车尾1 路基面上里碴脚 33.97 / 65.23 / 59.88 /2 路基面上线路中线 7.42 / 42.96 / 16.47 /3 路基面上外碴脚 15.16 / 83.95 / 58.88 /4 基床表层底面里碴脚 16.37 / /
19、/ / /5 基床表层底面内轨下 17.46 / / / / /6 基床表层底面外轨下 13.78 / / / / /92002 年 12月 05 日 9时 35 分，中华之星+4 节车厢，下行线下行,车速为212km/h 7 基床表层底面外碴脚 5.45 / / / / /1 路基面上里碴脚 42.07 34.53 89.76 79.59 65.59 52.512 路基面上线路中线 11.54 9.55 53.95 47.10 17.87 15.133 路基面上外碴脚 25.89 19.48 116.63 106.54 63.55 58.884 基床表层底面里碴脚 21.05 17.44 / / / /5 基床表层底面内轨下 22.49 18.65 / / / /6 基床表层底面外轨下 20.96 17.16 / / / /102002 年 12月 05 日10 时 34分，奥星+4 节车厢+中华之星，下行线上行,车速约为200km/h 7 基床表层底面外碴脚 9.04 7.30 / / / /
